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1、固定式光伏组件支架结构计算书2015年11月目 录1工程概述12分析方法与软件13设计依据14材料及其截面15荷载工况与组合25.1 荷载工况25.1.1 支架所受荷载25.2 荷载组合26 结构建模36.1 模型概况36.2 结构计算模型、坐标系及约束关系36.3 荷载施加47主要计算结果57.1 构件应力比57.2 构件稳定性校核81工程概述支架共8榀，间距为3m，两端带悬挑0.58mm，总长22.16m，电池板组水平宽度2.708米、斜面长度3.3米，荷载按25年重现期计算，结构重要性系数0.95，项目地点在黑龙江省牡丹江市,结构计算的三维示意如下图1所示。 图1.1 总体结构模型2分析
2、方法与软件采用SAP2000 V15钢结构分析软件进行结构计算分析。3设计依据1) 建筑结构可靠度设计统一标准 ( GB 50068-2001 ) 2) 建筑结构荷载规范 ( GB 50009-2012) 3) 建筑抗震设计规范 ( GB 50011-2010 4) 钢结构设计规范 ( GB 50017-2003 ) 4材料及其截面材料材质性能，详见下表4.1。表4.1 材料性能材料名称单位重量N/m3fy屈服强度N/m2f设计强度N/m2抗拉强度N/m2弹性模量E1N/m2泊松比UQ2357.85E4235E6215E6390E62.1E110.3Q3457.85E4345E6310E647
3、0E62.1E110.35荷载工况与组合5.1 荷载工况计算所考虑的荷载有恒载、雪荷载以及风荷载作用（由于本支架比较轻，地震工况与风荷载相比，其远不起控制作用，因此，可不考虑地震工况）。 5.1.1 支架所受荷载 支架受到的荷载主要有支架自重、电池板及安装附件自重、风载、雪载。荷载通过檩条传递到支架柱上，模型按各荷载大小均匀分布到檩条上进行加载。1）结构构件自重：由计算软件自动考虑。2）恒荷载（太阳能电池板等安装组件）：0.15 kN/（包括各种连接件）。组件总重：W组件=150*22.16*3.3=10969.2N檩条线荷载：q组件= W组件/（4*22.16）=123.8 N/m3）雪荷载
4、：雪荷载由四根檩条承受，按线均布荷载计：按下面公式计算： Sk=r s0=0.7*0.639=0.4473 kN/m2 注：a)电池板安装角度为35度，r取0.7 。b)s0为25年重现期雪压值（根据牡丹江市10年和100年雪压值，按公式E.3.4（GB50009-2012）求得）雪压总重：W雪=447.3*22.16*2.708=26842N檩条线荷载：q雪= W雪/（4*22.16）=302.8 N/m4）风荷载：电池板安装后35度斜角，风载体型系数取1.3。按下面公式计算基本风压： k=z*s*z*0 =1*1.3*1*0.43=0.559 kN/m2其中：、地面粗糙度为B类，安装高度小
5、于10米，z取1。z取1。0 （等于0.43 kN/m2）为25年重现期风压值（根据牡丹江市10年和100年雪压值，按公式E.3.4（GB50009-2012）求得）风压总重：W风=559*22.16*3.3=40878.6N檩条线荷载：q风= W风/（4*22.16）=461.2 N/m5.2 荷载组合计算过程考虑了如下组合：(1)1.35恒载+1.4*0.7雪载(2)1.2恒载+1.4雪载(3)1恒载+1.4雪载(4)1.2恒载+1.4风载(5)1.2恒载-1.4风载(6)1恒载+1.4风载(7)1恒载-1.4风载(8)1.2恒载+1.4雪载+1.4*0.6风载(9)1.2恒载+1.4雪载
6、-1.4*0.6风载(10)1恒载+1.4雪载+1.4*0.6风载(11)1恒载+1.4雪载-1.4*0.6风载(12)1.2恒载+1.4*0.7雪载+1.4风载(13)1.2恒载+1.4*0.7雪载-1.4风载(14)1恒载+1.4*0.7雪载+1.4风载(15)1恒载+1.4*0.7雪载-1.4风载(16)1恒载+1.4*0.7雪载+1风载(17)1恒载+1.4*0.7雪载-1风载说明：风荷载前系数为正表示风力方向指向电池板，为负表示风力方向背离电池板。6 结构建模6.1 模型概况计算所考虑的荷载有恒荷载、雪荷载和风荷载。6.2 结构计算模型、坐标系及约束关系斜撑两端为铰接北立柱上端为铰接
7、南立柱上端为铰接底部节点全约束图6.2.1 结构计算模型、坐标系及约束图6.3 荷载施加恒荷载施加，施加效果见下图6.3.1。结构构件自重由软件自动计算，其它太阳能电池板及固定安装组件等的自重为150N/m2，通过线荷载导到檩条上。图6.3.1 施加恒荷载雪荷载施加，施加效果见下图6.3.2。通过线荷载导到檩条上。图6.3.2 施加雪荷载风荷载施加，施加效果见下图6.3.3、6.3.4。 图6.3.3 风荷载（指向表面）图6.3.4 风荷载（背离表面）7主要计算结果7.1 构件应力比构件在各荷载组合下计算的应力比都小于1，强度符合要求，正常使用极限状态标准组合下最大变形为10.7/3000=1
8、/2800.215，y按下面公式计算其中：1=0.73 2=1.216 3=0.302，将数值代入上式，求得 y=0.093杆中间受到均布横向力，mx=my=tx=ty=1NEx=39795.7N NEy=8475.6N 根据下面两个公式，将上述参数值代入，=0.901ff，满足稳定性要求。=0.808ff，满足稳定性要求。2、交叉撑构件121 （YG48*1.4）稳定性计算 1）截面几何特性，详见上表7.2.12）稳定性校核图7.2.4 轴力图斜交叉撑长3.31m，两端铰接，受轴压力，最大轴压力N=-157.56N计算长度：lx=x*L=1*3.31=3.31 ly=y*L=1*3.31=3
9、.31 长细比：x=lx/ix=201 y=ly/iy=201构件属于b类截面 x=y=0.184 查钢结构规范附录C根据下面公式：N/(A)f 求得N/(A)=0.019ff 满足稳定性要求。3、立柱斜支撑构件19 （YG48*1.4）稳定性计算 1）截面几何特性，详见上表7.2.12）稳定性校核图7.2.5 轴力图斜支撑长1.176m，两端铰接，受轴压力，最大轴压力N=-3617N计算长度：lx=x*L=1*1.176=1.176 ly=y*L=1*1.176=1.176长细比：x=lx/ix=71.6 y=ly/iy=71.6构件属于b类截面 x=y=0.742 查钢结构规范附录C根据下
10、面公式：N/(A)f 求得N/(A)=0.11ff 满足稳定性要求。4、北立柱构件14（YG48*2）稳定性计算 1）截面几何特性，详见上表7.2.1 2）稳定性校核图7.2.6 Mx弯矩图图7.2.7 My弯矩图北立柱长1.72m，底端与地固接，最大弯矩在底部，考虑底部14-1段（长0.317m）稳定性（见图7.2.7）。中下部与立柱斜支撑构件19铰接（为支撑点），见图7.2.7中的14-1段，最大弯矩Mx=688.9N.m My=33.45N.m计算长度：lx=x*L=0.7*0.317=0.222 ly=y*L=2*0.317=0.634 长细比：x=lx/ix=13.6 y=ly/iy
11、=38.9构件属于b类截面 x=0.986 y=0.903 闭口截面bx=by=1，=0.7 查钢结构规范附录C弯矩作用平面内两端铰接mx= =0.65-0.35*112.4/688.9=0.593 弯矩作用平面外悬臂tx=1 my=ty=1根据下面公式：根据下面两个公式，将上述参数值代入=0.692ff，满足稳定性要求。=0.897ff，满足稳定性要求。5、斜梁构件17（YG48*2.4）稳定性计算 1）截面几何特性，详见上表7.2.1立柱支撑点2）稳定性校核立柱支撑点中间支撑点图7.2.8 Mx弯矩图图7.2.9 My弯矩图斜梁长2.54m，中间三个支撑，最大弯矩在17-1段（长0.255
12、），考虑该段稳定性。最大弯矩Mx=726.7N.m My=-44.24N.m计算长度：lx=x*L=2*0.255=0.51 ly=y*L=2*0.255=0.51 长细比：x=lx/ix=31.6 y=ly/iy=31.6构件属于b类截面 x=0.93 y=0.93 闭口截面bx=by=1，=0.7 查钢结构规范附录Cmx=my=tx=ty=1根据下面公式：根据下面两个公式，将上述参数值代入，=0.839ff，满足稳定性要求。=0.694ff，满足稳定性要求。6、南立柱构件45（YG48*3.9）稳定性计算 1）截面几何特性，详见上表7.2.1 2）稳定性校核图7.2.10 Mx弯矩图图7.2.11 My弯矩图南立柱长0.538m，底端与地固接，上端悬臂，最大弯矩在底部 Mx=-1912N.m My=-17.18N.m计算长度：lx=x*L=2*0.538=1.076 ly=y*L=2*0.538=1.076 长细比：x=lx/ix=83.3 y=ly/iy=83.3构件属于c类截面 x=0.666 y=0.666 闭口截面bx=by=1，=0.7 查钢结构规范附录C立柱为悬臂构件mx=tx=my=ty=1根据下面公式：根据下面两个公式，将上述参数值代入=0.999ff，满足稳定性要求。=0.804ff，满足稳定性要求。
